das european train control system · 2013-12-12 · etcs: projektierung-migration-testen > 5....

ETCS: Projektierung-Migration-Testen > 5. Mai 2011 > Folie 1Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene

Das European Train Control SystemProjektierung – Migration - Testen

Christoph Lackhove, Lars Ebrecht

Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneETCS: Projektierung-Migration-Testen > 5. Mai 2011 > Folie 2

Köln

Lampoldshausen

Stuttgart

Oberpfaffenhofen

Braunschweig

Göttingen

Berlin-

Bonn

Trauen

Hamburg Neustrelitz

Weilheim

Bremen-

DLR – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

6.200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 29 Forschungsinstituten und Einrichtungen in

13 Standorten.

Büros in Brüssel, Paris und Washington.

ForschungsschwerpunkteRaumfahrtLuftfahrtEnergieVerkehr


Institut für Verkehrssystemtechnik

Sitz: Braunschweig, BerlinSeit: 2001Leitung: Prof. Dr.-Ing. Karsten LemmerMitarbeiter: Momentan etwa 100 Mitarbeiter aus

verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen

AufgabenspektrumGrundlagenforschungErstellen von Konzepten und StrategienPrototypische EntwicklungenBetreiben von Großforschungsanlagen

ForschungsgebieteAutomotiveVerkehrsmanagementBahnsysteme


TestkonzepteKonformitäts- und Interoperabilitäts-tests z. B. Subset - 076Betriebliche und funktionaleTests

DLR - Institut für VerkehrssystemtechnikForschung im Bereich Bahnsysteme

ETCS


SicherheitsbetrachtungenRisiko- und GefährdungsanalysenMenschliche ZuverlässigkeitInnovative Konzepte und Sicherheit am Bahnübergang


ETCS

Safety



ETCS

Safety

Rail Human Factors

Usability UntersuchungenAbleitung von GestaltungsempfehlungenUntersuchung der Belastung und Beanspruchung



ETCS

Safety

Rail Human Factors

Life CycleManagement

Life Cycle Cost ModelleMigrationsstrategien für technische SystemeInvestitions- und InstandhaltungsbewertungMethoden und Konzepte für eine zustandsorientierte Instandhaltung

LCC



ETCS

Safety

Rail Human Factors

Bahnbetrieb

Betriebswissenschaftliche UntersuchungenTest und Validation von Ortungssensoren und -systemenAufnahme und Validation von Streckenprofilen und -karten



DLR - Institut für VerkehrssystemtechnikBereich Bahnsysteme - Referenzen

ETCS

Safety

Rail Human Factors

Bahnbetrieb


DemoOrtNeuPro PlusCESARSicherheitsbetrachtungen für SchienenfahrzeugeUsability Studien für DMIGAUSSBetrieblicher Testfallkatalog für ETCSETCS Subset 076GRAILINESSSamNet


RailSiTe RailSET

DLR - Institut für VerkehrssystemtechnikBereich Bahnsysteme - Forschungsinfrastruktur

RailDriVE


Gliederung

1. Grundlagen

2. Projektierung

3. Migration

4. Sicherung der Interoperabilität


MotivationZur Zeit befinden sich mehr als 20 verschiedene Leit - und Sicherungssysteme im Einsatz, die untereinander nicht kompatibel sind.

Daneben werden 5 unter-schiedliche Stromarten zur Versorgung der Triebfahr-zeuge genutzt.

Über 20 verschiedene Betriebsordnungen existieren und müssen befolgt werden.

ATBL, TBL, BRS

ZUB 123

EBICAB 700

LZB,INDUSI

EBIC

AB

900

KVB, TVM, BRS

AWS, TBL, PDS,TPWS

BACC, RSDD

BRS

ATB, TBL

EBIC

AB

700

EBIC

AB

700

LZB, INDUSI

INDUSIZUB 121, SIGNUM

LSLS

ASFA, ATSS, LZB

EVM

KHP

JRS


EUROBALISEEUROCAB EURORADIO

1989

Entscheidung der europäischen

Verkehrsminister: Analyse der Probleme im

“signaling and train control”

ERRI “Group of railway experts

(A200) “:ETCS

Anforderungen

Industrie(EUROSIG) und Bahnen(UIC, ERRI

A200) beschließen

engeKooperation

4th F.P.: Masterplan zurEntwicklung von ERTMS/ETCS imEuropean Rail Network.

InteroperabilityDirective

96/48/EC - 23 July 1996

EEIG SpecSRS

RAMS Test

UNISIG

UNISIGClass P

SRS

SpecClass 1

SRSverab-

schiedet25. April

2000

TSIverab-

schiedet30. Mai 2002

1990

19981996

19951991

1999

2000

2002

ETCS HistorieBeteiligte


Historie System Requirements Specification (S.R.S)Subset-026

erste Release Version v1.2.0Final Edition v2.2.2Release Version v2.3.0 offiziell erschienen

SRS v2.3.0d inoffiziell aus v2.3.0 entstandenMit weiteren CR entstand v2.3.2

Derzeitige Version v3.1.0 (nur informell, nicht bindend)Finale Baseline 3 für 2012 geplant

SRS v2.3.0

Subset-108-v1.2.0 IN CR

SRS v2.3.0d

Subset-108-v1.2.0 ALL

CR

SRS Baseline 3

Subset-108-v1.1.0 IN CR

SRS v2.2.2

SRS v1.2.0

Updates

30.07.1999

01.02.2002

24.02.2006

17.01.2008

Vorr. 2012

28.11.2007


ETCS Level 1

LEU: Lineside Electronic Unit


Hardwareelemente im ETCS Level 1 Passive (fixe) Balise

liegt autark im GleisStromzufuhr durch den Zugmit Telegrammen programmiertverfügbar in zwei Größen:

Quelle: SUBSET-036


Hardwareelemente im ETCS Level 1 Transparente Balise und LEU

Transparente Balisen dienen als Transponder zwischen Zug und LEU

Telegramme erhalten Sie von der LEU, die den Signalbegriff ermittelt und das entsprechende Telegramm generiert

Den Signalbegriff erhalten Sie vom Stellwerk oder aus den Signallampenströmen

LEU: Lineside Electronic Unit


ETCS Level 2


ETCS Level 3


Gliederung

1. Grundlagen

2. Projektierung

3. Migration



Einflüsse auf ETCS Projektierung

Anmeldung Abmeldung Level Wechsel

Kilometer-stein

Fahrstraßen,Block-

abschnitte

LinkingGeschwindig-keitsprofil

Weitere Profile

ETCS spezifische Hardware (abhängig vom Level): z.B. transparente Balise, LEU, fixe Balise, Loop, BTS

Gradienten-profil

Movemenent-Authority

Randbedingungen: z.B. Gradienten, Kurvenradien, Bahnhofstopographie, „Hügeligkeit“, Blockteilung, Anforderung an Leistungsfähigkeit/Betriebsprogramm

Limited Supervision

Full Supervision

Über-wachung

Bremskurve


Projektierung ETCS Level 1 FSStreckenbeispiel „Regelfall“

Repositionierungsbalise und MA-Übermittlung am Bremseinsatzpunkt

Ankündigung Loop min. 2s im Voraus

Ankündigung Loop min. 2s im Voraus

Transparente BaliseFixe BaliseLEU (lineside electronic unit)EuroLoop

Legende:


Projektierung Vorsignalbalise in ETCS Level 1 FSBremskurven ausschlaggebend

Ges

chw

indi

gkei

tZe

it

Bre

mse

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tzpu

nkt (

Rot

)

Brem

sein

satz

punk

t (Bl

au)


Projektierung ETCS Level 2 auf freier Strecke

8km

100km

BTS

Blockwechsel

Achszähler

Repositionierung

Fixe Balise

BTS

BTS: Base Transceiver Station, RBC: Radio Block Center


Abschätzung der benötigten KomponentenBhf M230A

Bhf M230A

Bhf M160A

Strecke M160

Strecke M230

Streckenkategorien HardwareM230: 100km Level 2 / Level 1 LS Balisen 2728M160: 100km Level 1 FS / - LEU 528

EuroLoop 9Bahnhöfe Software

M230A: 2 Level 2 / Level 1 LS Fahrstraßen 111M160A: 1 Level 1 FS / - Linking 2328

Blockabschnitte 132RBC 3


Gliederung

1. Grundlagen

2. Projektierung

3. Migration



(Technologie-)MigrationDefinition

Erneuerung eines Systems, ohne dass der Betrieb unterbrochen wird

System zeichnet sich aus durchVerteilte FunktionsallokationNetzwerkexternalitäten

„Harte Migration“: Das Umschalten auf das neue System ist über Nacht möglich

„Weiche Migration“: Das Umschalten auf das neue System ist nicht über Nacht möglich, der Betrieb muss stückweise umgestellt werden


ERTMS/ETCS-Korridore in Europa

UIC, 10/2005


Nationale ETCS StrategienZwei Beispiele

Schweiz

Ablösung des Altsystems ZUB/SIGNUM wegen AbgängigkeitFür Netzzugang wird nur noch ETCS benötigtNetzweite Ausrüstung mit Level 1 Limited SupervisionLevel 2 derzeit nur auf der Strecke Mattstetten-Rothrist und der LötschbergbasislinieFahrzeugseitig wird durch ein Anpassmodul (Reverse STM) ETCS für die vorhandenen Fahrzeugrechner lesbar

Spanien

Aufbau eines Hochleistungsnetzes mit ETCSAufgrund anderer gesetzlicher Rahmenbedingungen als in Deutschland kann Level 1 bis zu 300km/h verwendet werden, nicht nur bis 160 km/hBei Geschwindigkeiten bis 350km/h kommt Level 2 zum EinsatzAktuell eine Strecke mit Level 1 in Betrieb: Sevilla – Cordoba - Madrid


ETCS Strategie in DeutschlandAktueller Stand

ETCS Migration auf TEN-T KorridorenAusrüstung von Neu- und AusbaustreckenAblösung der LZB bis 2026 wegen AbgängigkeitLückenschlüsse zwischen TEN-T Korridoren und zu ETCS migrierten LZB Strecken für ein zusammenhängendes ETCS NetzBerücksichtigung von Verkehrsprognosen und Bundesverkehrswegeplan

Finanzierung in Deutschland aktuell problematisch

Keine Mittel aus Konjunkturpaket

Quelle: Boehmer; Schweinsberger, ETR 10/2008


Flotten-planung

Einteilung Gesamtstrecke in homogene Abschnitte

Input

Planung von MigrationsvorhabenÜbersicht Railonomics®-Migration

Bewertung & Optimierung

Migrationsplanungstool

Generierung Migrationsstrategien

Modellierung Korridor

Bestandsveränderungen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

10

20

30

40

50

60

70

Anz

ahl F

ahrz

euge Strecke_alt

Strecke_LSStrecke_L1Strecke_L2Fahrzeuge_ETCS


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

10

20

30

40

50

60

70

Anza

hl F

ahrz

euge Strecke_alt


Bestandsveränderung

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

20

40

60

80

100

120

Anza

hl F

ahrz

euge Strecke_alt



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

20

40

60

80

100

120

Anz

ahl F

ahrz

euge Strecke_alt


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Kum

ulie

rte

Kost

en

Migrationskosten_gesamtMigrationskosten_StreckeMigrationskosten_Fahrzeuge

Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Kum

ulie

rte K

oste

n


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

180.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Kum

ulie

rte

Kos

ten


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

180.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Kum

ulie

rte K

oste

n



Modellierung von KorridorenEinteilung Strecken und Fahrzeuge

SPNV:60 FahrzeugeUmrüstung: 30 Fzge. paNur nationale Zugbeinflussung

HGV:60 FahrzeugeUmrüstung: 20 Fzge. paNur nationale Zugbeeinflussung


Modellierung von KorridorenIntegrierte Betrachtung von Fahrzeugen und Strecke

Streckenseitige Doppelausrüstung

Fahrzeugseitige Doppelausrüstung

Gleichzeitige Doppleausrüstung

Ohne ETCS

Mit ETCS


Modellierung von KorridorenGenerierung von Migrationsstrategien

2009 2016 2026 2030

Ohne ETCS Mit ETCS Zeit


Modellierung von KorridorenUmfang von Migrationsstrategien

Für jeden Abschnitt stellt sich die Fragenach dem Migrationspfad

streckenseitige, fahrzeugseitige odergleichzeitige Doppelausrüstung

nach dem Migrationsziel, bspw.Level 1 Limited Supervision / PZBLevel 1 Full Supervision / PZBLevel 2 / PZBLevel 2

23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1

1

6

11

16

21

1,00E+00

1,00E+06

1,00E+12

1,00E+18

1,00E+24

1,00E+30

1,00E+36

Strategien gesamt

Abschnitte

Optionen/Abschnitt

Umfang der Untersuchung

Die sich ergebende Zahl an möglichen Strategien explodiert Reduktion des Umfangs durch Randbedingungen, bspw.

Festlegung eines/ weniger Migrationsziele Pragmatische Zusammenfassung von Streckenabschnitten


Streckenseitiger Migrationsverlauf

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Stre

cken

kilo

met

er

Strecke_altStrecke_LSStrecke_L1Strecke_L2

Bewertung der MigrationsstrategienBestandsänderungen

Darstellung des GesamtverlaufsDetaillierte Aufschlüsselung

Umrüstzeitpunkte für jeden Abschnitt und Verkehr


Bewertung der MigrationsstrategienBestandsänderungen

Darstellung des GesamtverlaufsDetaillierte Aufschlüsselung

Umrüstzeitpunkte für jeden Abschnitt und Verkehr

Fahrzeugseitiger Migrationsverlauf

0

50

100

150

200

250

300

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Anz

ahl F

ahrz

euge

Fahrzeuge_gesamtFahrzeuge_ETCS


Investitionsverlauf

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Mio

. €

Invest_gesamtInvest_StreckeInvest_Fahrzeuge

Bewertung der MigrationsstrategienKostendarstellung

Ausgabe von Investitionsverlaug, Migrationskosten und LebenszykluskostenDetaillierte Aufschlüsselung, bspw. nach SGV, HGV und SPNV


… alles wunderbar?Interoperabilität bei aktuellen Projekten

Erfahrungen der SBB bei den Projekten Mattstetten-Rothrist und Lötschbergbasislinie:

„Aufgrund der Spezifikationen (UNISIG SRS 2.2.2 einschließlich Subset 108) kann bei deren momentanem Reifegrad zwar ein interoperables System gebaut werden, aber die Interoperabilität des Systems erfolgt nicht zwingend aus der alleinigen Erfüllung der Spezifikationen.“ [Bolli; Rothbauer, Signal + Draht (101) 3/2009]

Interoperabilität ist abhängig von verwendeten Systemkomponenten und deren Kombinationenbetrieblichen Szenarien auf der jeweiligen Strecke

Noch kein impliziter Interoperabilitätsnachweis möglichIn der jetzigen Phase wichtiger Einfluss auf Zulassungsaufwand

Was tun?


Gliederung

1. Grundlagen

2. Projektierung

3. Migration



Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS

04ATR654

ATB/ATB-NG

AWS

TVM/KVB

ASFA/LZB

EBICAB 700

BACC/RSDD

TBL

SIGNUM

EVM

INDUSI/LZBKHP

INDUSI/LZB/SELCAB

EBICAB 900

ZUB 123

EBICAB 700/L 10000ETCS als

einheitliche LST ermöglicht unterschiedliche

Betriebsordnungen und Strecken

ETCS12)

ETCS5)

ETCS6)

ETCS2)

ETCS4)

ETCS13)

ETCS1)

ETCS3)

ETCS8)

ETCS10)

ETCS11)

ETCS14)

ETCS7)

ETCS15)

ETCS9)

Kurzfristiges Ziel: Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit

Mittel-/langfristiges Ziel:Einheitliche und interoperable LST (ETCS)

Für Nachhaltigkeit der LST und freie Fahrzeugumläufe


InteroperabilitätWas heißt das?

Technische Interoperabilität = funktional einheitliche UmsetzungBetriebsarten (Stand By, Staff Responsible, Full Supervision, On Sight, Shunting, Trip, Post Trip,..) Betriebsstufen (Level 1, Level 2, Level 3)Reibungsloses Zusammenspiel zwischen streckenseitiger und fahrzeugseitiger LST Unabhängigkeit vom Betriebsverfahren und der Betriebsordnung

Betriebliche InteroperabilitätReibungsloser Übergang zwischen Betriebsgrenzen mit unterschiedlichen BetriebsordnungenZ.B. Movement Authority mit Durchrutschweg oder ohne


OBU

Technische InteroperabiltätHerstellerunabhängige Interaktion zwischen strecken- und fahrzeugseitiger LST

RBCEVC

RBC

Stw

1. MA request

2. MA (GP+SSP) optional: Mode Profile + Linking

3. Wechselnach FS

EV

C: E

lect

roni

c V

ital C

ompu

ter,

MA

: Mov

emen

tAut

horit

y,

RB

C: R

adio

Blo

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ente

r, O

BU: O

n B

oard

Uni

t, FS

: Ful

l S

uper

visi

on, G

P: G

radi

ent P

rofil

e, S

SP

: Sta

ticS

peed

Pro

file,

Stw

: Ste

llwer

k


Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS

Durch betriebliche und projektspezifische zu ETCS inkonsistenteAnforderungenStreckenabnahme und Betriebstauglichkeit stehen häufig imVordergrund, d.h. mit betrieblichen Test werden vorwiegendbetriebliche Anforderungen nachgewiesenKonformität der fahrzeug- und streckenseitigen LST zur S.R.S muss explizit überprüft werdenSicherung der Konformität und Interoperabilität durch

Expliziten Nachweis der Konformität vor allem der Fahrzeug-seitigen ETCS-EinheitEinbeziehung der technischen Anforderungen und Tests inbetriebliche Anforderungen und Test

SRS: System Requirements Specification


Zusammenhang zwischen betrieblichen und technischen Testfällen

Betriebliche Anforderungen beziehen sich auf die technischen.

BetreiberFunktionalitätenBetreiber

Lastenheft

Betriebliche Anforderungen

Features, Test Cases

Projektspezifische Testfahrten

SynthetischeTestfahrten

Subset-076

Betreiberspezifische Testfälle

Subset-076

TechnischeAnforderungen

SRS230d

Subset-026


Technische vs. betriebliche Funktionen

Technische Funktionen(Subset-026 u. Subset-076):

Start / End of MissionLevel- u. Mode-TransitionsCheck linking, BaliseGroup, Radio Message,.. consistency Determine train speed and locationManagement of MAsSupervise Train MovementsManagement of Communication SessionOverride, On-Sight, Shunting, Reversing, ..

Betriebliche Funktionen(Betreiberlastenheft):

Aufrüsten, AbstellenEinfahrt in den ETCS-BereichAusfahrt aus dem ETCS-BereichVerlängerung einer FahrterlaubnisÜbergabe zwischen ETCS FunkblockzentralenLangsamfahrstellen und Fahren auf SichtRangierfahrtenZwangsbremsungen..


Subset-026,

Subset-076

ETCS inside

Konformitäts- und Interoperabilitätstests vs. Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit

Durchgängige Einbeziehung der technischen Anforderungen und Tests zur nachhaltigen Sicherung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS

Konformitätstest(Subset-094)Hersteller OBU

Projektierungsspezifische Integrationstest(Subset-110,-111,-112)

Hersteller OBU + RBC

Streckenabnahme- / BetriebstauglichkeitstestBetreiber Tf + OBU + RBC + STW + Fdl

Labortests

Feldtests

RBC: Radio Block Center, OBU: On Board Unit, Stw: Stellwerk, Tf: Triebfahrzeugführer, Fdl: Fahrdienstleiter


Optimierung und Sicherung der Interoperabilität bei Streckenabnahme- und Betriebstauglichkeitstests

1) Subset-076 K

onformitätsnachw

eis

RBC: Radio Block Center, OBU: On Board Unit, Stw: Stellwerk, EVC: Electronic Vital Computer

1. Phase - keine reale Streckekomponente und keine reale Zugkomponente:Projektierung (PT2) im RailSiTe + simuliertes EVC („ETCS inside“1))Nutzen: erste funktionale Test zur Überprüfung der technischen Ausrüstung im LaborProjektierung (PT2) im RailSiTe + Visualisierung der StreckeNutzen: Überprüfung der techn. Ausrüstung sowie des Streckenbildes im Labor

2. Phase - keine reale Streckenkomponente aber reale ZugkomponenteProjektierung im RailSiTe + reale OBU („ETCS inside“1))Nutzen: betriebliche Anforderungen des Betreibers und Validierung des Zusammenspiels von Hersteller Komponente und Streckenprojektierung im Labor

3. Phase - reale Streckenkomponente und reale Zugkomponente Projektierung im RailSiTe + reales RBC + reale OBU („ETCS inside“1)) + simuliertes StellwerkNutzen: Unterstützung der Streckenabnahme im Labor


FazitEuropa braucht ETCS

ETCS stellt die große Möglichkeit dar, den europäischen Zugverkehr zu vereinheitlichen und wettbewerbsfähiger zu machen

Die Einführung von ETCS steht vor HerausforderungenSchärfe der Spezifikationen (SRS)Sicherstellung tatsächlicher InteroperabilitätAusgestaltung der Migrationsstrategien

Die Herausforderungen sind jedoch lösbar durchIntelligente Test- und ZulassungskonzepteKoordiniertes und verlässliches Vorgehen


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Weitere Informationen erhalten Sie bei:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Institut für Verkehrssystemtechnik

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph LackhoveE-Mail: [email protected]

Dipl.-Inform. Lars EbrechtE-Mail: [email protected]

das european train control system · 2013-12-12 · etcs: projektierung-migration-testen > 5....

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